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Abstract

The sensor has an evaluation unit for triggering transmission of a light signal at a transmission time in a measurement period. A transmission time-fine setting unit shifts the transmission time in the measurement period by an offset that forms a distribution whose center of mass forms a desired transmission time. The evaluation unit digitizes the light signal to a sampling pattern having a sampling period and selects the transmission time only at discrete times. The desired transmission time is selected outside the pattern and at other times than the discrete times. An independent claim is also included for a method for measurement of distances or distance changes according to a light transit time principle.

Die Abtastung des Empfangssignals zur Bestimmung des Empfangszeitpunkts in digitalen Bausteinen ist immer auf ein diskretes Zeitraster angewiesen, und die zeitliche Auflösung ist auf diejenige des Zeitrasters beschränkt. The sampling of the received signal for the determination of the reception time in digital components is always dependent on a discrete time pattern, and the time resolution is limited to that of the time frame.Empfangsseitig ist bekannt, die Auflösung durch Interpolation zu verbessern. At the receiving end is known to improve the resolution by interpolation.Das aber erfordert wieder einen hohen Aufwand für den Funktionsfit, welcher der Interpolation zu Grunde liegt. but that again requires a high expenditure for the Funktionsfit which is the interpolation is based.Außerdem ist auch die Präzision einer Interpolation begrenzt. In addition, the precision of an interpolation is limited.

Sendezeitpunkte dagegen können nur mit der Genauigkeit gewählt werden, welche die Elektronik zur Verfügung stellt, sind also letztlich von der kleinsten Taktzeit abhängig, den die Ansteuerung erzeugen kann. Transmission times, however, can only be selected with the accuracy which provides the electronics available, that are ultimately dependent on the smallest clock time, can generate the control.Damit ist eine Präzision im Bereich von Pikosekunden oder gar Bruchteilen von Pikosekunden nicht möglich. For a precision in the range of picoseconds or even fractions of a picosecond is not possible.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit zur Entfernungsmessung nach dem Lichtlaufzeitprinzip mit höherer zeitlicher Präzision anzugeben. It is therefore an object of the invention to provide a possibility for measuring distance according to the light transit time principle having a higher temporal precision.

Die erfindungsgemäße Lösung geht von dem Gedanken aus, nicht das diskrete Zeitraster zu verfeinern, sondern die zeitliche Auflösung trotz eines bestehenden Zeitrasters über dessen Auflösung hinaus zu erhöhen. The inventive solution is based on the idea of ​​not refine the discrete time pattern, but to increase the temporal resolution despite an existing time frame on its dissolution also.Dabei bildet ein möglichst feines Zeitraster eine besonders gute Ausgangslage. Here, a fine possible time frame forms a particularly good position.Die zeitliche Lage der ausgesandten Lichtsignale wird dann zwar für den Einzelschuss nicht gegenüber dem Zeitraster verbessert, sehr wohl aber für eine Gruppe von Einzelschüssen. The timing of the transmitted light signals is then not improved for the single shot against the time frame, but very comfortable for a group of single shots.Der angestrebte Sendezeitpunkt, also letztlich eine Phase der Gruppe von Einzelschüssen, wird über Bincounts und damit eigentlich einen über statistische Amplitudeninformation eingestellten Schwerpunkt erreicht. The desired transmission time, so ultimately a phase of the group of individual shots is so actually achieved over Bincounts and a set of statistical amplitude information focus.Die Freiheitsgrade für die Schwerpunktslage wiederum sind prinzipiell unbeschränkt, da sie nur von der Anzahl Wiederholungen, also der Vielzahl der Messperioden abhängt. The degrees of freedom for the center of gravity in turn, are in principle unlimited, since it depends only on the number of repetitions, so the plurality of measurement periods.Damit wird zeitliche Präzision mit Ansprechzeit kompensiert, wobei die für die meisten Anwendungen keine Rolle spielt, da eine hinreichende Zahl Widerholungen schon in sehr kurzer Zeit erfolgt, so dass der Überwachungsbereich oder das Ziel weiterhin als quasistatisch angenommen werden können. Thus temporal precision is compensated with response time, which does not matter for most applications because a sufficient number of repetitions done in very short time, so that the monitoring area or the target can still be assumed to be quasi-static.Technische Grenzen für die Einstellung des tatsächlichen Sendezeitpunkts eines jeden einzelnen Lichtsignals sind somit überwunden. Technical limits for setting the actual transmission time of each individual light signal are thus overcome.

Damit verbindet sich der Vorteil, dass der wirksame Sendezeitpunkt mit praktisch beliebiger Genauigkeit gewählt werden kann. Thus, the advantage of connecting that the effective transmission time can be selected with practically any accuracy.Es entsteht ein kostengünstiges System mit höchster Messgenauigkeit. The result is a cost-effective system with the highest measurement accuracy.

Dabei ist zu betonen, dass Sendezeitpunkte jeweils nicht absolut, sondern relativ zum Empfangszeitpunkt zu verstehen sind. It should be stressed that transmission times are in each case not absolute but relative terms at the reception time.Somit ist also durchaus möglich, die Situation aus einer anderen Perspektive zu betrachten und jeweils von verschobenen Empfangszeitpunkten oder einer Empfangszeitpunkt-Feineinstellung zu sprechen. So therefore quite possible to consider the situation from a different perspective and to speak each of shifted reception times or receive time-fine adjustment.Dies wird im Folgenden und in den Ansprüchen sprachlich nicht differenziert. This is not linguistically differentiated and more in claims.Insbesondere kann das Intervall zwischen Sende- und Empfangszeitpunkt als Ganzes jeweils zeitlich verschoben werden, ohne dass dies Auswirkungen auf das Messergebnis hat. In particular, the interval between transmission and reception time point can be moved as a whole each time without this affecting the measurement result.Eine derartige gemeinsame Verschiebung von Sende- und Empfangszeitpunkt ist mit Sendezeitverzögerung folglich nicht gemeint, sie kann stets optional zusätzlich erfolgen. Such conjoint displacement of transmission and reception time point is not meant by transmission time delay thus, it can always be optionally additionally.Ähnlich sind mit Begriffen wie Offset oder Sendezeitverzögerung Verschiebungen auf der Zeitachse sowohl in positiver wie in negativer Richtung umfasst. are similar with terms such as offset or transmission time delay shifts on the time axis includes both in positive and in negative direction.

Vorteilhafterweise ist ein Speicher vorgesehen, in dem für die Sendezeit-Feineinstelleinheit eine Tabelle hinterlegt ist, welche für eine Vielzahl von Zeitinkrements eine zugehörige Offsetverteilung hält, insbesondere je eine Offsetverteilung für gleichmäßig über eine Abtastperiode und/oder das Zeitintervall zwischen zwei diskreten Zeitpunkten verteilte Zeitinkrements. Advantageously, a memory is provided in which the transmission time fine setting of a table is stored which holds an associated offset distribution for a plurality of time increments, in particular a respective offset distribution for evenly over a sampling period and / or the time interval between two discrete times distributed time increments.Die Tabelle ist genaugenommen eine Tabelle von Tabellen: Für jedes durch Verteilungen einstellbare Zeitinkrement ist eine eigene Tabelle hinterlegt, nämlich mit den zu den Stützstellen erforderlichen Counts, welche so die Verteilung angibt. The table is, strictly speaking, a table of tables: a separate table is stored for each time increment can be set by distributions, namely with the required support points to the counts, which indicates that the distribution.Für jede einzelne dieser Verteilungen gilt das oben Gesagte, dass der wohldefinierte Schwerpunkt entsprechend dem Zeitinkrement wichtiger ist als die treue Abbildung der Hüllkurve, weil ein verschobener Schwerpunkt bereits einen prinzipbedingten Messfehler einführen würde. , The above statements for each of these distributions that the well-defined focus in accordance with the increment of time is more important than preserving mapping of the envelope because a shifted focus would already introduce a principle-related measurement errors.Mit Hilfe der Tabelle kann der Sendezeitpunkt beliebig um das Zeitinkrement verschoben werden. Using the table, the transmission time can be moved to the time increment.Dabei genügt es, wenn die Tabelle Einträge bis zu der nächstgröberen Periode hält, also bis zu den einstellbaren tatsächlichen Sendezeitpunkten, sie kann grundsätzlich aber auch mehr Einträge umfassen. It is sufficient if the table holds entries up to the next coarser period, ie up to the adjustable actual transmission times, it can in principle but also include more entries.

In vorteilhafter Weiterbildung ist eine Pegelbestimmungseinheit vorgesehen, welche dafür ausgebildet ist, die Fläche des in dem Histogramm akkumuliert aufgezeichneten Empfangssignals als Maß für den Pegel zu nutzen, insbesondere durch Bilden der Betragssumme über die Bins, nachdem zuvor von jedem Bin der Rauschpegel abgezogen wurde. In an advantageous embodiment, a level determination unit is provided which is adapted to use the surface of the accumulated data recorded in the histogram received signal as a measure for the level, in particular by forming the sum of amounts over the bins after previously subtracted from each bin of the noise level.Der Rauschpegel lässt sich beispielsweise als Mittelwert über alle Bins bestimmen. The noise level can be determined, for example, as an average over all bins.Die Betragssumme des Empfangssignals wird nicht notwendigerweise über das gesamte Histogramm gebildet, sondern auch nur über den Zeitbereich, in dem das Empfangssignal liegt. The amount sum of the received signal is not necessarily formed over the entire histogram, but also just about the time period in which the received signal is.Dies ist das bessere Maß, da man sonst die rauschbedingten Schwankungen in die Pegelmessung einbezieht. This is the better measure, because otherwise involving the noise fluctuations in the level measurement.Umgekehrt wird bevorzugt der Rauschpegel auch nicht über alle Bins gebildet, sondern über Bins außer dem Bereich des Empfangssignals, vorzugsweise im nicht optisch sichtbaren Bereich. Conversely, the noise level is preferably not formed over all bins, but via bins except the range of the received signal, preferably in the non-visible location.

Die Auswertungseinheit ist weiterhin bevorzugt für eine zeitliche Codierung ausgebildet, bei der die Sendezeitpunkte mit einem zusätzlichen Codierungsoffset beaufschlagt werden und dieses zur Auswertung wieder abgezogen wird, insbesondere durch randomisiertes oder determiniertes Mischen der Verteilung oder eine zusätzliche Schwerpunktsverschiebung. The evaluation unit is further designed preferably for a time coding, in which the transmission times are acted upon by an additional encoding offset and this is subtracted again for the evaluation, in particular by randomized or deterministic mixing of the distribution or an additional center of mass shift.Derartige Codierungen dienen dazu, das ausgesandten Lichtsignal von Störlicht zu unterscheiden, wobei Störlicht auch ein später Reflex eines selbst ausgesandten Lichtpulses oder eines baugleichen Sensors sein kann. Such codes are used to differentiate the emitted light signal from stray light, said stray light may also be a later reflection of a self-emitted light pulse or a structurally identical sensor.Durch gezieltes und in der Auswertung kompensierbares Springen auf der Zeitachse oder "Verwackeln" werden solche Störer verschmiert und heben sich nicht oder zumindest weniger stark aus dem Rauschpegel heraus. Such interferers are smeared by targeted and compensable in the evaluation jumping on the timeline or "blurring" and not, or at least less stand out sharply from the noise level out.Alternativ oder zusätzlich kann noch die Signalform selbst codiert werden, also die Form eines jeden einzelnen Lichtsignals, um das eigene Lichtsignal beim Empfang wiederzuerkennen. Alternatively or additionally, the waveform itself can be coded, so the shape of each individual light signal in order to recognize their own light signal at the reception.

In vorteilhafter Weiterbildung ist eine Zeitbasiseinheit vorgesehen, welche dafür ausgebildet ist, die diskreten Zeitpunkte feiner einzustellen als das Abtastraster, wobei die Zeitbasiseinheit insbesondere eine DDS aufweist oder dafür ausgebildet ist, die diskreten Zeitpunkte aus einem ersten Zeittakt mit einer ersten Frequenz und einem zweiten Zeittakt mit einer zu der ersten Frequenz ungleichen zweiten Frequenz abzuleiten und somit diskrete Zeitpunkte mit einer durch die zu der ersten und zweiten Frequenz gehörige Differenzperiode gegebenen zeitlichen Auflösung zur Verfügung zu stellen. In an advantageous embodiment, a time base unit is provided which is adapted to set the discrete points in time finer than the sampling pattern, wherein the time base unit, in particular a DDS has or is adapted to the discrete points in time of a first clock with a first frequency and a second clock with derive an unequal to the first frequency and second frequency thus to provide discrete time points having a given by the corresponding to the first and second frequency difference period time resolution available.Indem Buch geführt wird, in welcher Periode sich die beiden Frequenzen jeweils befinden, lassen sich damit Zeitintervalle auskoppeln, deren Genauigkeit durch die Differenzperiode gegeben ist, die wiederum bei nur leicht unterschiedlichen Frequenzen sehr klein sein kann. By book is kept, in which period the two frequencies are in each case can so be uncoupled time intervals, the accuracy of which is given by the difference period, which in turn can be very small with only slightly different frequencies.Es ist wichtig anzumerken, dass die Auflösung nicht notwendig gleich der Differenzperiode ist. It is important to note that the resolution is not necessary equal to the difference period.Bei einem Verhältnis der beiden Frequenzen von n/(n+1) ist dies der Fall, und ein solches Verhältnis ist auch bevorzugt. At a ratio of the two frequencies of n / (n + 1) is the case, and such a ratio is also preferred.Das Beispiel anderer teilerfremder Zahlen wie etwa 3/8 zeigt, dass zwar die Differenzfrequenz 5 die Genauigkeit festlegt, aber nicht mit ihr identisch ist, denn auch in einem solchen System ist das kleinstmögliche Offset 1. Die Offsets steigen hier nicht monoton mit der Zeit an, aber nach einer Sortierung sind sämtliche erforderlichen Offsets ebenso vorhanden wie im übersichtlicheren Fall n/(n+1). The example of other relatively prime numbers such as 3.8 shows that while the difference frequency 5 determines the accuracy, but is not identical with it, because in such a system the smallest possible offset is 1. The offsets here do not increase monotonically with time but after sorting all necessary offsets are available as well as the clarity of the case n / (n + 1).Bei dieser Betrachtung wurden die Einheiten herausgekürzt, die Überlegung ändert sich nicht, wenn man jede Zahl mit einer gemeinsamen Grundfrequenz beispielsweise von 10 MHz multipliziert. In this consideration, the units were canceled out, the idea does not change, if you multiply each number with a common fundamental frequency, for example, of 10 MHz.Die Zeitbasiseinheit ermöglicht auf kostengünstige Weise mit einfachen Schaltungen oder Softwarelösungen bereits für die tatsächlichen Sendezeitpunkte ein Zeitraster, welches feiner ist als durch den digitalen Baustein oder das Abtastraster zunächst vorgegeben. The time base unit allowing cost-effective manner using simple circuits or software solutions already a time pattern for the actual transmission times, which is finer than by the digital module or the sampling pattern initially prescribed.Die angestrebten Sendezeitpunkte, also die Schwerpunkte der Offsetverteilungen, verfeinern dieses Zeitraster noch weiter, führen insbesondere zu einem Vielfachen der Auflösung. The desired transmission times, so the focus of the offset distributions Refine this time frame even further, lead in particular to a multiple of the resolution.

Die Zeitbasiseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, die erste Frequenz und die zweite Frequenz aus einem Mastertakt abzuleiten, der auch den Referenzzeitpunkt bestimmt, und die erste Frequenz und die zweite Frequenz regelmäßig auf den Mastertakt zu synchronisieren. The time base unit is preferably configured to derive the first frequency and the second frequency from a master clock which also determines the reference time and to synchronize the first frequency and the second frequency regularly to the master clock.Damit ist nur ein stabiler Taktgeber erforderlich, und die beiden Frequenzen können maximal über das Synchronisationsfenster auseinanderlaufen. This means that only a stable clock is required, and the two frequencies can diverge most over the synchronization window.Dabei kann die Synchronisierung jedes Mal erfolgen, wenn die Perioden theoretisch zusammenfallen müssten, im Beispiel von 400 MHz und 410MHz also alle 100ns, oder nur jedes n-te Mal, also in Vielfachen von 100ns. The synchronization can be performed every time when the periods would coincide theoretically, in the example of 400MHz and 410MHz so all 100ns, or only every nth time, so in multiples of 100 ns.

Die Zeitbasiseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, die zeitliche Verschiebung um Perioden der ersten Frequenz, der zweiten Frequenz oder des Mastertakts zu verlängern. The time base unit is preferably adapted to extend the time shift by periods of the first frequency, the second frequency or of the master clock.Damit können beliebig längere zeitliche Verschiebungen erzeugt werden. So any longer time shifts can be generated.

Die Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, anhand einer Übergangsbedingung des empfangenen Lichtsignals zu überprüfen, ob das Lichtsignal zu einem Beobachtungszeitpunkt empfangen wird, wobei ein Regler vorgesehen ist, der dafür ausgebildet ist, den angestrebten Sendezeitpunkt mittels einer zusätzlichen Sendeverzögerungszeit so nachzuführen, dass die Übergangsbedingung in dem Beobachtungszeitpunkt erfüllt ist. The evaluation unit is preferably adapted to check based on a transition condition of the received light signal whether the light signal is received at a time of observation, wherein a controller is provided which is adapted to so track the desired transmission timing by means of an additional transmission delay time for the transition condition in is satisfied the time of observation.Dabei wird der Gedanke zugrunde gelegt, eine Messung nicht als einmaligen Vorgang zu betrachten, bei dem beispielsweise der Messwert einmal bestimmt und ausgegeben wird, ohne dass der Sensor dann weiterhin aktiv bliebe. Here, the idea is based on not to regard a measurement as a unique process in which, for example, the measured value is determined once and output without the sensor then continue to actively remain.Stattdessen wird die aktuell verfügbare Information ständig genutzt, um das Messergebnis aktuell zu halten. Instead, the information currently available is constantly being used to keep the measurement result to date.Es ist stets ein genauer und gültiger Messwert verfügbar, weil die Regelung die Messung stets nachführt. There is always an accurate and valid measurement available because the regulation always tracks the measurement.Fehler durch Rauschen oder Dynamik im Überwachungsbereich werden vermieden. Error by noise or dynamics in the monitored area to be avoided.Der Regler arbeitet schwellenlos und damit schnell. The controller works without thresholds and quickly.Selbst für eine einmalige Messung ohne anschließende Regelung wäre das Vorgehen überlegen, weil der Regelungsalgorithmus den Messwert in viel kürzerer Zeit auffindet als beispielsweise eine Intervallschachtelung oder ein sequentielles Verschieben. Even for a single measurement without subsequent regulation, the approach would be superior because the control algorithm locates the measured value in much less time than, say, nested intervals or a sequential shifting.Ist der Regler in wenigen Zyklen eingeschwungen, so steht von diesem Zeitpunkt an über die erforderliche Sendeverzögerungszeit ein genauer Entfernungsmesswert zur Verfügung. If the controller has settled in a few cycles, as it is from this point on the required transmission delay an accurate distance measurement is available.Bereits während des Einschwingens wird eine Approximation bestimmt, die dann durch die Regelung einen immer genaueren Messwert liefert. During the settling an approximation is determined, which then supplies by regulating an ever more accurate measurement.

Es wird demnach auf einen relativ zum Sendezeitpunkt festen Beobachtungszeitpunkt geregelt, dessen Wahl weitgehend beliebig ist, aber unabhängig von der Messung vorgegeben wird. It is therefore regulated to a fixed relative to the transmission time of observation time, the choice is largely arbitrary, but is defined independently of the measurement.Der Beobachtungszeitpunkt bleibt immer derselbe, obwohl die Erfindung nicht grundsätzlich verbietet, ihn zu wechseln. The observation time is always the same, although the invention is not in principle prohibits change it.Für die Regelung muss dieser Beobachtungszeitpunkt nur bekannt sein, er wird durch die Regelung nicht verändert und beeinflusst die Regelung nicht, sofern er nur zulässig gewählt ist. For the regulation of this observation time only has to be known, it is not changed by the regulation and does not affect the regulation if it is selected only admissible.Beispielsweise wird der Beobachtungszeitpunkt auf die maximale Messentfernung, auf das Ende eines Messintervalls kurz vor Aussenden des nächsten Lichtsignals oder Bruchteile davon gelegt. For example, the time of observation on the maximum measurement distance at the end of a measuring interval is placed just before transmission of the next light signal or fractions thereof.Die somit immer gleiche Beobachtungszeit ist die Summe aus der vom Regler eingestellten Sendeverzögerungszeit, welche die Steuergröße für den Regler ist, und der Lichtlaufzeit, so dass letztere einfach bestimmt werden kann. The thus always the same observation period is the sum of the adjusted by the controller transmission delay, which is the control variable for the governor, and the time of flight so that the latter can be easily determined.Konstante Zeitanteile wie elektrische Signallaufzeiten werden am besten vorab durch Kalibrierung eliminiert. Constant time portions such as electrical signal propagation times are best eliminated in advance by calibration.

In vorteilhafter Weiterbildung entspricht ein Regelzeitintervall, innerhalb dessen der Regler die Übergangsbedingung prüfen und die Sendeverzögerung nachführen kann, nur einem Teilbereich eines Messbereichs des Sensors, und es ist eine Positionswechsel-Überwachungseinheit vorgesehen, um periodisch zu überprüfen, zu welchem Zeitpunkt das Empfangssignal empfangen wird und, falls dieser Zeitpunkt außerhalb des Regelzeitintervalls liegt, dem Regler ein neues Regelzeitintervall vorzugeben, wobei die Positionswechsel-Überwachungseinheit einen Agenten aufweist, also einen ständig oder in regelmäßigen zugeteilten Zeitschlitzen aktiven und von dem Regler unabhängigen Prozess, und wobei der Agent das Ziel hat, ein gültiges Regelzeitintervall aufzufinden und dem Regler vorzugegeben, in dem das Lichtsignal des Zielobjekts tatsächlich empfangen wird. In an advantageous embodiment corresponds to a regulation time interval, to check the transition condition within which the regulator and can adjust the transmission delay, only a portion of a measurement range of the sensor, and it is a change of position monitoring unit is provided to check periodically the time at which the received signal is received and if this time is outside the regulation time interval, to specify a new regulation time interval to the controller, wherein the change of position monitoring unit has an agent, that is an assigned constantly or at regular time slots active and independent of the controller processing, and wherein the agent has the goal of a finding a valid regulation time interval and vorzugegeben the regulator in which the light signal of the target object is actually received.

Der Regler arbeitet damit stets in einer Umgebung des gesuchten Messwerts, konvergiert also schnell und verharrt nicht fälschlich auf einem Rauschsignal oder inzwischen nicht mehr vorhandenen Ziel. The regulator thus always works in an environment of the desired measurement value converges quickly and does not remain incorrectly on a noise signal or now no longer existing target.Das Auffinden des Empfangssignals ist in diesem Zusammenhang nur im Abtastraster möglich und notwendig, keine genaue Messung, damit der Regler einen sinnvollen Arbeitsbereich erhält. The discovery of the received signal is in this context only in the sampling grid possible and necessary, an accurate measurement so that the controller receives a meaningful workspace.Beispielsweise kann das Regelzeitintervall so gewählt sein, dass es einen monotonen Teil der ersten abfallenden Flanke des Empfangssignals enthält, um ohne Gefahr eines Sprungs auf den ersten Nulldurchgang regeln zu können. For example, the control time interval may be selected such that it contains a monotonous part of the first falling edge of the received signal in order to regulate the first zero crossing without any risk of a crack.Vorgeben eines Regelzeitintervalls bedeutet also die Grobeinstellung der Sendeverzögerungszeit. Setting a control time interval thus means the coarse adjustment of the transmission delay time.Der Beobachtungszeitpunkt wird dabei nicht gewechselt, jedenfalls ist dies nicht nötig, wenn er zu Anfang mit genügend Abstand gewählt wurde. The observation time is not changed, at least this is not necessary when he was elected to start at a safe distance.Dieses Vorgehen lässt eine sehr schnelle Annäherung an einen neuen Messwert zu. This approach allows for a very rapid approach to a new measurement.

Die Positionswechsel-Überwachungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, das Empfangssignal anhand einer Signatur zu erkennen, insbesondere einem alternierenden Wechsel von Maxima auf Minima und umgekehrt, welche jeweils eine abfallende, insbesondere logarithmische Hüllkurve bilden. The change of position monitoring unit is preferably adapted to detect the received signal using a signature, in particular to an alternating change from maxima to minima and vice versa which each form a falling, in particular a logarithmic envelope.Eine Signatur erfasst die wesentlichen Merkmale eines Funktionsverlaufs, ist damit im Gegensatz zu einem Vergleich mit dem gesamtem Funktionsverlauf schneller auswertbar und trotz Schwankungen erkennbar. A signature detects the essential features of a function curve, is thus in contrast to a comparison with the entire functional course more rapidly be evaluated and recognizable despite fluctuations.Diese Signatur kann einfach oder komplex sein, je nachdem, ob Auswertungszeit oder Genauigkeit im Vordergrund steht. This signature can be simple or complex, depending on whether the evaluation time or accuracy is paramount.Sie sollte robust gegen Rauschen, schnell auswertbar und möglichst unverwechselbar sein. They should be robust against noise, quickly evaluated and possibly unique.Wie viele der alternierenden Wechsel dafür vorhanden und wie genau die Amplituden der zugehörigen Hüllkurve getroffen sein müssen, kann demnach für die Anwendung optimiert werden. As it exists and how exactly the amplitudes of the corresponding envelope must be met many of alternating change, therefore, can be optimized for the application.Die Signatur kann über den gesamten Überwachungsbereich mehrfach aufgefunden sein, beispielsweise durch Mehrfachreflexionen. The signature can be found on several occasions over the entire surveillance area, for example by multiple reflections.Daher sollte die jeweils ausgeprägtestes Signatur die Festlegung des Regelzeitintervalls bestimmen, was oft diejenige ist, die mit dem stärksten Maximum beginnt, das im Überwachungsbereich gefunden wird. Therefore, the respective most pronounced signature should determine the definition of the regulation time interval, which is often the one that begins with the strongest maximum which is found in the monitoring area.Die Signatur sollte so gewählt und ausgeprägt sein, dass der Regler die Übergangsbedingung finden kann. The signature should be chosen and pronounced that the controller can find the transition condition.

Die Positionswechsel-Überwachungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, eine Historie zu speichern, welches Regelzeitintervall sie jeweils bei der periodischen Überprüfung dem Regler vorgegeben hätte, um dem Regler dasjenige Regelzeitintervall vorzugeben, welches gemäß einer statistischen Auswertung dieser Historie dasjenige des Empfangssignals ist. The change of position monitoring unit is preferably made to store a history of which regulation time interval it would have given each at the periodic inspection, the controller to specify the one control time interval to the controller, which is in accordance with a statistical evaluation of this history that of the received signal.Damit werden kurze oder einmalige Ereignisse zunächst nicht berücksichtigt, so dass ein überhastetes Springen vermieden wird. Thus short or one-time events not initially considered so that a überhastetes jumping is avoided.Erst wenn etwas nachhaltiger ein besseres Regelzeitintervall gefunden ist, wird auch der Regler versetzt. Only when something is found sustainable better regulation time interval, the controller is also added.Dabei ist eine gewisse Trägheit für das aktuelle Regelzeitintervall bevorzugt, die sich in einem höheren statistischen Gewicht in der Historie widerspiegeln kann. Here, a certain inertia for the current regulation time interval is preferred, which can be reflected in a higher statistical weight in the history.Besonders wenn die statistische Auswertung sich nicht oder nur knapp zwischen zwei oder mehr Regelzeitintervallen entscheiden kann, sollte so lange das aktuelle Regelzeitintervall bevorzugt werden, bis eine klare Entscheidung getroffen werden kann. Especially if the statistical analysis is not or only slightly between two or more usually decide time intervals can, as long as the current regulation time interval should be preferred to a clear decision can be made.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf ähnliche Weise durch weitere Merkmale ausgestaltet werden und zeigt dabei ähnliche Vorteile. The inventive method can be designed in a similar manner by other features and shows similar advantages.Derartige weitere Merkmale sind beispielhaft, aber nicht abschließend, in den sich an die unabhängigen Ansprüche anschließenden Unteransprüchen beschrieben. Such other features are exemplified, but not limited to, described in the following on the independent claims subclaims.

eine schematische Darstellung der Signale in unterschiedlichen Verarbeitungsstadien zur Erläuterung des Auswertungsverfahrens; a schematic representation of the signals in the different processing stages for explaining the evaluation method;

eine Darstellung der Zeitintervalle und des Beobachtungszeitpunkts, auf den der Empfang der Lichtsignale geregelt wird; a representation of said time intervals and to the reception of the light signals is controlled of the observation point in time;

Bei idealen, unverrauschten Signalen würde in diesem Histogramm 110 nur dasjenige Bin gefüllt, über dem die Rechtflanke 106 liegt. In ideal, non-noisy signals in this histogram 110, only that bin would be filled over which the right edge is the 106thDer von dem Begrenzungsverstärker 34 angehobene Rauschpegel füllt aber auch die übrigen Bins, und zwar wegen der Zufälligkeit des Rauschens im Erwartungswert etwa in jeder zweiten Messperiode 100. but raised from the limiting amplifier 34 noise level also fills the rest of the bins, because of the randomness of the noise in the expected value in about every second measuring period 100th

Aufgrund der beiden abgeleiteten Frequenzen f1 und f2 steht somit eine Zeitbasis zur Verfügung, welche wesentlich feiner ist als das Abtastraster. Due to the two derived frequencies f1 and f2 thus is a time base, which is much finer than the sampling pattern.Damit kann entweder der tatsächliche Sendezeitpunkt gegenüber einer Referenzzeit um Vielfache der Differenzperiode verzögert werden, oder das eine Element des Pärchens definiert den Sendezeitpunkt, das andere den Zeitpunkt zum Start der statistischen Aufzeichnung des Empfangsmusters in der Histogrammeinheit 42. Damit besteht ein zeitlicher Versatz zwischen Sendezeitpunkt und Empfangszeitpunkt, der von dem Abtastraster mit den langsamen 2,5ns unabhängig ist. This can either be the actual time of transmission will be delayed relative to a reference time by multiples of the difference period, or one element of the pair defining the time of transmission, the other is the time to start the statistical recording of the reception pattern in the histogram unit 42. Thus, a time offset between time of transmission and reception timing, which is independent of the sampling grid with the slow 2.5ns.Die Zeitbasiseinheit 38 kann vollständig innerhalb des FPGA 18 arbeiten und ist deshalb einfach implementierbar und wenig störanfällig. The time base unit 38 can work completely within the FPGA 18 and is therefore easy to implement and less prone to interference.

Das durch die Zeitbasiseinheit 38 verfügbare Zeitinkrement ist weiterhin diskret und durch die Wahl der Frequenzen bestimmt. The available by the time base unit 38 is still discrete and time increment determined by the choice of the frequencies.Die Genauigkeit einer Einzelmessung innerhalb einer Messperiode 100 wird daher zunächst durch die Differenzperiode der gewählten Frequenzen begrenzt. The accuracy of a single measurement within a measuring period 100 is therefore initially limited by the difference period of the selected frequencies.

Für das nächste Zeitinkrement wird nun eine Verteilung gewählt, deren Schwerpunkt ein wenig verschoben ist, wie dies im mittleren Drittel und rechten Drittel der For the next increment of time a distribution is now chosen, the focus is shifted a little, as in the middle third and the right third of theFigur 8 Figure 8gezeigt ist. is shown.Dazu werden einige Einzelmessungen mit anderen Offsets durchgeführt. Here are a few individual measurements are carried out with other offsets.Beispielsweise werden jeweils wie mit Pfeilen 66 angedeutet, drei Einzelmessungen nach rechts verschoben. For example, three individual measurements are as indicated by arrows 66 respectively shifted to the right.Es ist selbstverständlich denkbar, eine andere Anzahl als drei zu wählen, wobei nur eine verschobene Einzelmessung das geringst mögliche Zeitinkrement festlegt. It is of course conceivable to select a different number than three, with only one shifted individual measurement defines the minimum possible time increment.Wird die Anzahl von Schritt zu Schritt variiert, so ist das entstehende Zeitgitter unregelmäßig. If the number of step to step will vary, so the resulting time lattice is irregular.

Trotz der beiden zuvor vorgestellten Möglichkeiten zur Verfeinerung des diskreten Zeitrasters ist weiterhin die Auflösung des Histogramms 110 in sich durch die Abtastrate des A/D-Wandlers 36 begrenzt. Despite the two previously presented options for refinement of the discrete time grid, the resolution of the histogram 110 is still limited in by the sampling rate of the A / D converter 36thUm nun von der Auslösungserhöhung voll profitieren zu können, wird erfindungsgemäß nicht versucht, den Empfangszeitpunkt hochgenau zu bestimmen, sondern er wird vielmehr von vorneherein als Beobachtungszeitpunkt festgelegt und anschließend eine Sendezeitverzögerung so lange eingeregelt, bis der Empfangszeitpunkt mit diesem Beobachtungszeitpunkt übereinstimmt. In order to fully benefit from the initiation increase, according to the invention does not attempt to determine the reception time with high precision, but is instead, set out from the start as observation time and then adjusted a transmission time delay until the reception time coincides with this observation time.

Diese Regelung veranschaulichen die This scheme illustrates theFiguren 9 und 10 Figures 9 and 10. ,Der Beobachtungszeitpunkt t Control wird vorab auf einem Punkt des Abtastgitters irgendwo innerhalb der Messperiode 100 so gewählt, dass er hinter der maximal zu messenden Lichtlaufzeit liegt, beispielsweise in der Mitte der Messperiode 100 bei 0,5µs oder ca. 75 Metern. The observation time t Control will advance to a point of the scanning selected anywhere within the measurement period 100 so that it is behind the maximum light to be measured runtime, for example in the middle of the measurement period 100 at 0,5μs or about 75 meters.Gegenüber einem gemeinsamen Zeitbezug t Start wird der Lichtpuls mit Hilfe der Zeitbasiseinheit 38 und/oder der Sendezeit-Feineinstellungseinheit 40 um eine Sendezeitverzögerung verzögert, ehe zu einem Zeitpunkt t Send der Sendepuls tatsächlich ausgesandt wird. Compared with a common timing reference t the start of the light pulse by means of the time base unit is delayed by a transmission time delay 38 and / or the sending time fine adjustment unit 40, before a time t end of the transmitted pulse actually transmitted.Nach der Lichtlaufzeit, welche die eigentliche Messgröße ist, wird der Lichtpuls zu einem Zeitpunkt t Receive wieder empfangen. After the light transit time, which is the actual measurement size of the light pulse becomes a time t Receive received again.Aufgabe der Regelung ist es, die Sendezeitverzögerung in einer Feedbackschlaufe so auszuregeln, dass stets t Receive mit t Control zusammenfällt, wie durch Umgruppieren des schraffierten Blocks 67a, b dargestellt. The object of the regulation is so auszuregeln the transmission time delay in a feedback loop that always t ReceiveControl with t coincide as shown by regrouping of the hatched blocks 67a, b.

Dann lässt sich die Lichtlaufzeit durch einfache Subtraktion berechnen. Then the light travel time can be calculated by simple subtraction.Das Zeitintervall t Control -t Start ist eine vorab gewählte bekannte Konstante, welche sich im eingeschwungenen Zustand genau um die Sendezeitverzögerung von der Lichtlaufzeit unterscheidet. The time interval t Control -t Start is a preselected known constant, which in the steady state differs by the transmission time delay of the light propagation time exactly.Weitere konstante Anteile, etwa Signallaufzeiten in der Elektronik, können durch Kalibrierung eliminiert oder bei der Berechnung berücksichtigt werden. More constant components, such as signal propagation delays in the electronics, can be eliminated by calibration or taken into account in the calculation.Für diese Anteile ist möglicherweise auch eine Temperaturkompensation erforderlich. For these shares, a temperature compensation may be required.

Für das Feedback muss der Regler hochgenau erkennen können, ob der Empfangszeitpunkt t Receive mit dem Beobachtungszeitpunkt t Control übereinstimmt. For the feedback, the controller must be able to detect with high accuracy whether the reception time t Receive the observation time t Control matches.Dies illustriert This illustratesFigur 10 Figure 10, welche in weiten Teilen mit Which in many parts withFigur 3 Figure 3übereinstimmt. matches.Der Beobachtungszeitpunkt ist durch einen fettgedruckten Pfeil markiert. The observation time is marked by a bold arrow.Als Übergangsbedingung, welche den Empfangszeitpunkt festlegt, wird der Nulldurchgang von erstem Maximum auf erstes Minimum des als Histogramm 110 aufgezeichneten Empfangssignals überwacht. When transition condition which defines the reception timing of the zero crossing from the first maximum to the first minimum of the recorded as a histogram 110 reception signal is monitored.Selbstverständlich können auch andere Charakteristika ausgewertet werden, aber der erste Nulldurchgang ist der ausgeprägteste und im Gegensatz zu den Extrema selbst weitgehend pegelunabhängig. Of course, other characteristics can be evaluated, but the first zero crossing is the most pronounced, and in contrast to the extremes themselves largely independent of the level.

Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Sensor (10) according to any one of the preceding claims,wobei ein Speicher vorgesehen ist, in dem für die Sendezeit-Feineinstelleinheit (40) eine Tabelle hinterlegt ist, welche für eine Vielzahl von Zeitinkrements eine zugehörige Offsetverteilung hält, insbesondere je eine Offsetverteilung für gleichmäßig über eine Abtastperiode und/oder das Zeitintervall zwischen zwei diskreten Zeitpunkten verteilte Zeitinkrements. wherein a memory is provided in which for the transmission time of fine setting (40) a table is stored which holds an associated offset distribution for a plurality of time increments, in particular a respective offset distribution for evenly over a sampling period and / or the time interval between two discrete times distributed time increment.

Sensor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Sensor (10) according to any one of the preceding claims,wobei die Auswertungseinheit (18) dafür ausgebildet ist, anhand einer Übergangsbedingung des empfangenen Lichtsignals zu überprüfen, ob das Lichtsignal zu einem Beobachtungszeitpunkt empfangen wird, und wobei ein Regler (44) vorgesehen ist, der dafür ausgebildet ist, den angestrebten Sendezeitpunkt mittels einer zusätzlichen Sendeverzögerungszeit so nachzuführen, dass die Übergangsbedingung in dem Beobachtungszeitpunkt erfüllt ist. wherein the evaluation unit (18) is adapted to check with reference to a transition condition of the received light signal whether the light signal is received at a time of observation, and a controller (44) is provided which is adapted to the intended time of transmission by means of an additional transmission delay time so to track that the transition condition is satisfied in the observation time.

Periodic electrical signal generating device for opto-electronic range finder, has direct-digital-synthesis-device with truth table values selected, so that phase difference is smaller than integer or non-integer multiple of small time unit

Periodic electrical signal generating device for opto-electronic range finder, has direct-digital-synthesis-device with truth table values selected, so that phase difference is smaller than integer or non-integer multiple of small time unit